重型液压机执行器自适应滑模容错控制
发布时间：2021-01-23 21:29
为了提高重型液压机在执行器故障情况下的容错控制能力和控制精度,设计了自适应滑模容错控制器。建立了5缸液压机的滑块动力学模型和液压缸压力动态方程。使用积分滑模控制设计了3个子系统虚拟控制律;使用伪逆法实现了控制分配;在执行器故障情况下,在积分滑模控制基础上,提出了自适应补偿策略,从而给出了执行器故障情况下可以实现的虚拟控制律;使用分散滑模控制将虚拟控制律转化为伺服阀控制律,并证明了自适应滑模容错控制器具有Lyapunov意义下的稳定性。经仿真验证,在单个执行器故障或多个执行器故障的情况下,自适应滑模容错控制器能够将调平误差控制在2×10-4rad内,位移跟踪误差最大为0. 0111 m,体现了执行器故障情况下极高的调平和跟踪精度,也体现了自适应滑模容错控制器具有很好的鲁棒性。
【文章来源】：锻压技术. 2020,45(04)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
5缸液压机示意图
滑块在运动过程中具有3个方向的自由度，分别为沿z轴的平移运动、沿x轴和y轴的转动。记滑块质心沿z轴的平移位移为zs，绕x轴和y轴的转动角分别为φx、φy，则根据牛顿第二定理和刚体转动定律，有:式中:M为滑块质量;d为1～4号缸的力作用点与原点的距离;Jx、Jy为滑块绕x轴、y轴的转动惯量。
自适应滑模容错控制器的参数设置为:k11=15,k21=k31=30,k12=1,k22=k32=2,kc1=500,kc2=kc3=1000。将5号液压缸的执行器设置为故障执行器，执行器性能下降15%，此时，l5=0.85。期望的z向位置跟踪曲线为zs=0.01t。为了形成对比效果，同时使用自适应滑模容错控制器与文献[12]中的滑模控制器对故障液压缸进行控制，结果如图4所示。由图4可以看出，当5号液压缸执行器存在15%的性能故障时，在自适应滑模容错控制器的控制下，液压缸能够在5 s内调平，并且以一定精度跟踪z向的期望位移。而在文献[12]滑模控制器的控制下，调平误差和z向位移跟踪误差逐渐增大，呈现出发散状态。统计两种控制器在此次控制过程中的调平误差和位移跟踪误差结果，见表1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AMESim-MATLAB/Simulink的液压机新型控制器设计及联合仿真[J]. 贾超,周俊强. 锻压技术. 2019(11)
[2]一类欠驱动系统的滑模变结构控制[J]. 于涛,赵伟,杨昆. 控制工程. 2019(10)
[3]高负压液压油缸系统流量再生液压阀再设计和能效分析[J]. 李晓祥,王安麟,樊旭灿. 西安交通大学学报. 2019(07)
[4]基于二级控制器的重型锻造液压机同步控制[J]. 裴红蕾,刘刚,赵翠萍. 锻压技术. 2019(01)
[5]基于控制分配的复合控制导弹制导控制一体化设计[J]. 李雨涛,李爱军,张金鹏,张公平,刘祥,郭永. 航空兵器. 2018(06)
[6]基于动态分配的多缸驱动承载平台的调平控制[J]. 任锐,马大为,姚建勇,乐贵高. 机床与液压. 2018(16)
[7]无拖曳航天器连续推力分配的伪逆法二次优化方案[J]. 刘睿,周军. 西北工业大学学报. 2017(06)
[8]土木工程结构模糊滑模分散控制（DFSMC）研究[J]. 潘兆东,谭平,周福霖. 振动与冲击. 2017(20)
[9]新型的多缸液压机控制方法[J]. 贾超,吴爱国. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(09)
硕士论文
[1]全纤维曲轴锻造液压机同步控制研究[D]. 李雪冰.燕山大学 2016
本文编号：2995956
【文章来源】：锻压技术. 2020,45(04)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
5缸液压机示意图
滑块在运动过程中具有3个方向的自由度，分别为沿z轴的平移运动、沿x轴和y轴的转动。记滑块质心沿z轴的平移位移为zs，绕x轴和y轴的转动角分别为φx、φy，则根据牛顿第二定理和刚体转动定律，有:式中:M为滑块质量;d为1～4号缸的力作用点与原点的距离;Jx、Jy为滑块绕x轴、y轴的转动惯量。
自适应滑模容错控制器的参数设置为:k11=15,k21=k31=30,k12=1,k22=k32=2,kc1=500,kc2=kc3=1000。将5号液压缸的执行器设置为故障执行器，执行器性能下降15%，此时，l5=0.85。期望的z向位置跟踪曲线为zs=0.01t。为了形成对比效果，同时使用自适应滑模容错控制器与文献[12]中的滑模控制器对故障液压缸进行控制，结果如图4所示。由图4可以看出，当5号液压缸执行器存在15%的性能故障时，在自适应滑模容错控制器的控制下，液压缸能够在5 s内调平，并且以一定精度跟踪z向的期望位移。而在文献[12]滑模控制器的控制下，调平误差和z向位移跟踪误差逐渐增大，呈现出发散状态。统计两种控制器在此次控制过程中的调平误差和位移跟踪误差结果，见表1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AMESim-MATLAB/Simulink的液压机新型控制器设计及联合仿真[J]. 贾超,周俊强. 锻压技术. 2019(11)
[2]一类欠驱动系统的滑模变结构控制[J]. 于涛,赵伟,杨昆. 控制工程. 2019(10)
[3]高负压液压油缸系统流量再生液压阀再设计和能效分析[J]. 李晓祥,王安麟,樊旭灿. 西安交通大学学报. 2019(07)
[4]基于二级控制器的重型锻造液压机同步控制[J]. 裴红蕾,刘刚,赵翠萍. 锻压技术. 2019(01)
[5]基于控制分配的复合控制导弹制导控制一体化设计[J]. 李雨涛,李爱军,张金鹏,张公平,刘祥,郭永. 航空兵器. 2018(06)
[6]基于动态分配的多缸驱动承载平台的调平控制[J]. 任锐,马大为,姚建勇,乐贵高. 机床与液压. 2018(16)
[7]无拖曳航天器连续推力分配的伪逆法二次优化方案[J]. 刘睿,周军. 西北工业大学学报. 2017(06)
[8]土木工程结构模糊滑模分散控制（DFSMC）研究[J]. 潘兆东,谭平,周福霖. 振动与冲击. 2017(20)
[9]新型的多缸液压机控制方法[J]. 贾超,吴爱国. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(09)
硕士论文
[1]全纤维曲轴锻造液压机同步控制研究[D]. 李雪冰.燕山大学 2016
本文编号：2995956
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/2995956.html
